ДОЗИМЕТР Российский патент 1999 года по МПК G01T1/20 G01T1/202 

Изобретение относиться к дозиметрам α,β,γ и χ-излучений, в частности к дозиметрам сцинтилляционного индивидуального прямопоказывающего действия, имеющим малые размеры и высокую чувствительность.

Известны сцинтилляционные дозиметры, содержащие последовательно включенные сцинтиллятор, фотодиод, усилитель, дискриминатор, счетную схему и индикатор [1-4].

Недостатками таких устройств являются низкая чувствительность, большие габариты и отсутствие тканеэквивалентного измерения, что требует применения пересчетного устройства, существенно усложняющего прибор.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для радиационного контроля [4], содержащее сцинтиллятор, фотодиод, светонепроницаемый корпус, регистрирующий блок. Фотодиод нанесен на поверхность сцинтиллятора. При этом сцинтиллятор и фотодиод помещены в светонепроницаемый корпус. Устройство дополнительно содержит лавинный фотодиод, оптически соединенный с сцинтиллятором и электрически соединенный с низковольтным источником питания. Сцинтиллятор и фотодиод выполнены на основе соединений типа AB. Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Применение прототипа ограничивается тем, что он имеет низкую нагрузочную и разрешающую способность вследствие использования в качестве материала сцинтиллятора на основе халькагенидов цинка и кадмия (длительность послесвечения сульфида цинка составит 20 мс), имеет низкие механические, термические, химические и радиационные свойства, а также отсутствие тканеэквивалентности.

Целью предлагаемого изобретения является повышение разрешающей способности, надежности измерения и получение прямой тканеэквивалентности измерения.

С этой целью первый прозрачный электрод, первый фотодиод и второй электрод последовательно размещены на части задней поверхности, а измерительная схема и источник питания размещены на остальной части этой поверхности и на боковых поверхностях. Второй диод служит источником питания. Сцинтиллятор выполнен из прозрачной керамики, например керамики на основе BeO или других оксидов.

На фиг.1 приведена конструкция одного из вариантов дозиметра; на фиг.2 - вариант блок-схемы дозиметра.

Дозиметр содержит сцинтиллятор 1, имеющий переднюю поверхность 2 с окном 3 для приема ионизирующего α,β,γ и χ - излучения, противоположную ей заднюю поверхность 4 и боковые поверхности 5 (фиг.1). На части задней поверхности последовательно размещены прозрачный первый электрод 6, первый фотодиод 7 и второй электрод 8. На остальной части задней поверхности 4 и на боковых поверхностях 5 размещены измерительная схема (например, включающая усилитель 9, дискриминатор 10, формирователь импульсов 11, счетчик 12, индикатор 13), подключенная к первому фотодиоду 7, и источник питания, выполненный в виде второго фотодиода 14.

Сцинтиллятор 1 целесообразно выполнять из высокоплотной прозрачной керамики на основе оксида бериллия, имеющей, как показали эксперименты, следующие достоинства [5]:
1) высокую технологичность;
2) тканеэквивалентность, поскольку обладает низким эффективным атомным номером (Z_эфф. = 7,13), Z_эфф. биологической ткани равна 7,42;
3) высокий квантовый выход;
4) широкий диапазон измеряемых доз: 1,0 • 10^-2 - 5,0 • 10⁵ P;
5) высокую химическую, механическую, термическую и радиационную стойкость;
6) высокую отражательную способность к тепловым нейтронам.

Фотодиод 7 предназначен для преобразования фотонов сцинтиллятора 1 в электрические импульсы. Максимум спектральной чувствительности фотодиода совпадает с максимумом люминесценции BeO и расположен в области 250 нм. Фотодиод 14 служит для преобразования фотонов сцинтиллятора 1 в электрическую энергию с последующей подачей ее в измерительную схему и служит в качестве источника питания.

Предлагаемая на фиг.2 блок-схема не входит в объем авторских притязаний. Приведенные на фиг. 2 блоки имеют следующее назначение: усилитель 9 служит для усиления электрических импульсов, поступающих с фотодиода 7, до величины, необходимой для их дальнейшей обработки. Дискриминатор 10 предназначен для отсекания шумов выходного сигнала усилителя 9. Формирователь импульсов 11 служит для нормирования импульсов по амплитуде и длительности, что необходимо для устойчивой работы счетчика 12. Счетчик 12 предназначен для счета количества импульсов в течение заданного промежутка времени. Индикатор 13 служит для индицирования мощности дозы ионизирующего излучения. Источник питания предназначен для обеспечения напряжением постоянного тока электронных блоков дозиметра. Он использует с помощью фотодиода 14 ионизирующее излучение.

Дозиметр работает следующим образом.

При попадании ионизирующего излучения на сцинтиллятор 1, выполненный из прозрачной BeO-керамики, последний излучает фотоны, воспринимаемые фотодиодами 7 и 14, которые, в свою очередь, преобразуют энергию фотонов в электрическую энергию. Импульсы с фотодиода 7 после усиления усилителем 9 поступают на дискриминатор 10, который отсекает шумы сигнала. Далее сигнал поступает в формирователь импульсов 11, в котором они нормируются по амплитуде и длительности, и затем поступают в счетчик 12. Счетчик 12 подсчитывает количество импульсов, поступивших на его вход в течение заданного промежутка времени. Результаты подсчета индицируются на индикаторе 13.

Предложенный дозиметр, например, можно располагать на гермошлеме космонавта для индикации дозы, полученной при выходе в космическое пространство; при работе персонала АЭС в аварийных ситуациях; в качестве персонального дозиметра и прибора для мониторинга окружающей среды.

Список использованной литературы
1. Пат. США N 4845363, G 01 T 1/20, 1989 г. Прибор для обнаружения радиоактивного излучения.

2. Пат. Японии N 52 - 21383, G 01 T 1/02, 1977 г. Дозиметр.

3. Пат. США N 4303860, G 01 T 1/20, 1/24, 1981 г. Радиационный детектор с высоким разрешением.

4. А. С. СССР N 1457604, G 01 T 1/202. В.Д. Рыжиков и др.; 15.09.92 г.; БИ N 34, 1992.

5. Кийко B.C., Дмитриев И.А., Макурин Ю.Н. Люминесценция BeO-керамики. Сборник научных трудов "Физико-химические процессы в неорганических системах." Екатеринбург: УРО РАН, 1996, с. 23-27.

Дозиметр используется для дозиметрии α,β,γ и χ - излучений в различных условиях: на атомных электростанциях, в космических исследованиях и т.д. Сущность изобретения: дозиметр содержит сцинтиллятор, имеющий переднюю поверхность для приема ионизирующего излучения, противоположную ей заднюю поверхность и боковые поверхности. На задней поверхности последовательно размещены прозрачный первый электрод, первый фотодиод и второй электрод. На остальной части задней поверхности и на боковых поверхностях размещены измерительная схема и второй фотодиод, служащий в качестве источника питания. Сцинтиллятор выполнен из ВеО-керамики. Технический результат: широкий диапазон измеряемых доз, тканеэквивалентность, высокий квантовый выход, высокая химическая, механическая, термическая и радиационная стойкость, высокая технологичность, малые габариты и вес. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Дозиметр, содержащий сцинтиллятор, имеющий переднюю поверхность для приема ионизирующего излучения, противоположную ей заднюю поверхность и боковые поверхности, первый фотодиод, второй фотодиод, а также измерительную схему и источник питания, подключенные к первому фотодиоду, отличающийся тем, что первый прозрачный электрод, первый фотодиод и второй электрод последовательно размещены на части задней поверхности, а измерительная схема и источник питания размещены на остальной части этой поверхности и на боковых поверхностях. 2. Дозиметр по п.1, отличающийся тем, что источник питания выполнен на основе второго фотодиода. 3. Дозиметр по п.1, отличающийся тем, что сцинтиллятор выполнен из прозрачной ВеО-керамики, выполняющей также роль монтажного основания.